施用腐植酸对小麦生长和土理化性质的影响

2021-04-27翟文晰刘增照郝明德牛育华

水土保持研究 2021年3期

翟文晰, 刘增照, 郝明德, 牛育华

(1.西北农林科技大学资源环境学院, 陕西杨凌 712100; 2.西北农林科技大学水土保持研究所, 陕西杨凌 712100;3.中国科学院水利部水土保持研究所, 陕西杨凌 712100; 4.陕西科技大学陕西农产品加工技术研究院, 西安 710021)

腐植酸是动植物残体和微生物细胞经过微生物的分解和转化，在一系列地球化学过程形成和累积的一类大分子天然有机混合物[1]。大量研究证实，腐植酸有促进植物生长、提高作物产量的作用[2-3]。在水稻中施用腐植酸可显著提高株高、分蘖数、千粒重、籽粒产量等指标[4-5]；在小麦中施用腐植酸可以促进根系的发育和生物量的增加[6-7]。同时腐植酸对土壤物理性质也有显著的改良效果，如在土壤中加入腐植酸可以提高土壤总有机碳、饱和导水率、团聚体稳定性等土壤物理性质[8-9]。此外，施用腐植酸还能增加土壤团聚体含量、土壤紧实度和土壤持水能力等性质[10]。腐植酸可以改善土壤理化性状，促进作物的生长发育[11-12]，归因于腐植酸含有的大量酸性功能基团和较高的阳离子交换量，可以提高土壤蓄含养分的能力[13-14]，腐植酸内部复杂的微孔结构，可以调节土壤结构改善养分释放。土具有肥力高、易耕作的优点，是关中地区的主要耕作土壤。陕北地区农业生产中存在着土壤自然侵蚀严重、土壤肥力有限、水分短缺等问题。加之长期高强度的耕作，产生土壤板结、盐碱化、肥力下降等一系列土壤质量问题，使得作物的产量和品质下降[15]。合理的改良措施是解决当前问题的途径，开展针对当地作物及土壤施用腐植酸的研究尤为重要。介于针对当地土壤和作物相关的腐植酸研究工作较少，试验以“开麦18”为研究对象，设置5个腐植酸固体肥施用水平，研究不同施肥水平下腐植酸对土壤物、化性状和小麦生长的影响，拟为腐植酸肥料在土上的应用提供科学依据。

1 材料方法

1.1 供试材料

试验于2017年9月—2018年6月在陕西省富平县施家村进行。试验地区属于暖温带半湿润季风气候。年均气温12.0 ℃，无霜期184 d。耕作制度为一年两熟玉米—小麦轮作。年均降水量600 mm，主要集中在7—9月，常有冬旱和春旱发生。土壤类型为土，容重1.35 g/m3，总孔隙度49.6%，有机质含量10.40 g/kg，全氮含量1.09 g/kg，全磷含量0.71 g/kg，碱解氮含量80 mg/kg，速效磷25 mg/kg，速效钾含量17 mg/kg，pH为8.6。供试小麦品种为“开麦18”。供试肥料为腐植酸固体肥，由陕西科技大学腐植酸生态工程中心提供，游离腐植酸含量8.1%，N 8.1%，P2O58.1%，K2O 6.5%。

1.2 试验设计和方法

试验采用随机区组设计，设置5个腐植酸肥施用水平。处理1(对照)；处理2(腐植酸肥400 kg/hm2)；处理3(腐植酸肥800 kg/hm2)；处理4(腐植酸肥1 200 kg/hm2)；处理5(腐植酸肥1 600 kg/hm2)。小区面积10 m×5 m，每个处理重复3次，共15个小区。冬小麦于2017年9月27日，机械播种，播深3～5 cm，播种量为150 kg/hm2，行距20 cm，于2018年6月23日收获。腐植酸肥在播种前施入耕层土壤，播种时一次性施入纯N 180 kg/hm2，P2O5135 kg/hm2，按当地习惯实行管理措施。

1.3 土壤、小麦指标测定方法

在冬小麦成熟时期，分小区收获、脱粒、风干测产。冬小麦收获期，每个小区中随机选取10株，测定株高与穗长。冬小麦收获后，用S形线路采集0—20 cm土壤，环刀法(V=100 cm3)测定土壤含水量和容重。有机质使用重铬酸钾容量法—外加热法，土壤全氮使用凯氏定氮法测定，速效磷使用硫酸—钼锑抗比色法测定，速效钾采用NH4OAc浸提—原子吸收法测定。

1.4 数据分析

使用Microsoft Excel 2016和SPSS 22.0进行数据分析，方差分析使用单因素方差分析法进行，运用事后多重比较进行显著性检验，Origin 2020绘图。

2 结果与分析

2.1 腐植酸对小麦生长指标的影响

由表1可知，与对照相比，400，800，1 200，1 600 kg/hm2腐植酸肥处理的产量分别增加了174.76，620.86，305.32，244.20，800 kg/hm2施肥水平时产量最高，为4 851.9 kg/hm2，相对于对照增产率达14.7%，400，1 200，1 600 kg/hm2施肥处理较对照产量分别增加了7.2%，4.1%，5.8%。使用腐植酸肥料在各个浓度均能提高小麦的产量，且达到显著性差异。单位面积穗数、穗粒数和千粒重是冬小麦产量的构成要素。与对照相比，400，800，1 600 kg/hm2施肥处理的冬小麦穗数分别增加了2.26，7.27，21.91个/m2，其中800，1 600 kg/hm2施肥处理达到显著性差异。与对照相比，施用腐植酸肥处理穗粒数均有增加，但仅有800 kg/hm2处理达到差异显著。400，800，1 600 kg/hm2施肥水平小麦千粒重均有所增加，并在800 kg/hm2水平小麦千粒重最大，为41.85 g，相较对照增加了1.56 g。值得注意的是，与对照相比，1 600 kg/hm2施肥处理千粒重降低了0.97 g。

表1中与对照相比，施用腐植酸肥后小麦穗长均表现为增加趋势，增幅在0.21～0.93 cm，800 kg/hm2处理穗长和增幅最大，与其他处理相比差异显著；与对照相比，施用腐植酸肥株高分别提高了8.6%，14.4%，14.9%，12.7%，处理间达显著性差异。小麦株高在800 kg/hm2，1 200 kg/hm2浓度水平达到最大，分别为66.84 cm和67.12 cm，与其他处理相比差异显著。施用较低浓度腐植酸肥料对小麦各项生长指标有增加作用，施用较高浓度腐植酸肥料后对小麦生长表现为抑制作用。基于高斯模型(Gauss Amp)分析腐植酸浓度对小麦生长指标的影响，得到相应的回归方程(表2)。由表2可知，穗数和产量与腐植酸的二元多项式回归校正决定系数较小，方程拟合效果较差，穗粒数、千粒重、穗长、株高和腐植酸浓度回归校正决定系数较大，拟合效果较好(R2≥0.7)。各拟合曲线开始均随着腐植酸肥料施用浓度的增加表现为增加趋势，其后随着施用高浓度腐植酸肥料曲线随即降低。根据各回归方程计算出各指标对应的腐植酸肥料最佳用量，根据各极值确定土中小麦施用腐植酸肥料667～1 122 kg/hm2为宜。

表1 不同处理的小麦生长指标

表2 小麦各生长指标与腐植酸浓度回归方程模型

2.2 腐植酸肥料对土壤化学性质的影响

施用腐植酸肥土壤有机质与对照相比均表现为增加趋势，增幅为0.50 ～2.05 g/kg，其中1 200，1 600 kg/hm2处理分别提高了1.72 g/kg,2.05 g/kg，与对照相比达到显著性水平。施用腐植酸肥力土壤全氮整体表现出增加趋势。随着腐植酸肥料浓度的增加，土壤全氮含量先表现为增加，后表现为降低趋势。施用腐植酸肥能增加土壤速效磷含量，1 200 kg/hm2处理速效磷较对照增加4.22 mg/kg；800 kg/hm2，1 600 kg/hm2处理速效磷含量与对照相比提高了18.2%和15.2%；除1 600 kg/hm2处理，土壤速效磷随着施用腐植酸肥料浓度的增加而增加。800，1 200，1 600 kg/hm2处理速效钾含量与对照相比差异显著，各处理间差异显著。800，1 200，1 600 kg/hm2处理速效钾含量与对照相比分别增加了4.55 mg/kg，8.51 mg/kg，12.55 mg/kg。各处理土壤pH随着腐植酸施用浓度的增加，表现为降低的趋势，与对照相比，施用腐植酸肥均降低了土壤pH，降幅为0.13～0.19，且达到显著水平(表3)。

表3 腐植酸施用量对土壤化学性质的影响

2.3 腐植酸对土壤物理特性的影响

施用腐植酸肥料能降低土壤容重，提高土壤总孔隙度和田间持水量(图1—2)。施用腐植酸肥的处理土壤总孔隙度增幅为2.78～6.28%，1 600 kg/hm2施肥处理的总孔隙度最高，为59.07%，与其他处理相比差异显著，随着腐植酸肥料施用浓度的增加，土壤总孔隙度随之增加。与对照相比，施用腐植酸肥土壤田间持水量显著增加，1 600 kg/hm2施肥处理的土壤田间持水量最高，达28.03%，较对照增加5.65%。同样的，随着腐植酸肥料施用浓度的增加，田间持水量随之增加。与对照相比，腐植酸肥处理的土壤容重均有所降低，降幅为0.08～0.17 g/cm3,1 600 kg/hm2施肥处理的土壤容重最低，为1.18 g/cm3，较对照降低了0.17 g/cm3。土壤孔隙度、田间持水量和容重3个土壤物理指标，均表现为随着腐植酸肥料施用量的增加，呈现出单纯的增减趋势。

图1 腐植酸施用量对土壤孔隙度、田间持水量的影响

图2 腐植酸施用量对土壤容重的影响

3 讨论与结论

3.1 讨论

施用腐植酸肥料对土壤中养分指标整体呈增加趋势，随着腐植酸肥料施用浓度的增加土壤速效磷、速效钾、有机质等指标均相应增加。土壤中全氮含量在腐植酸肥料较低施用水平随之升高，在高浓度施用水平全氮含量下降。Bama等[25]认为，腐植酸的施用量与土壤中的N，P和K的释放呈线性相关关系，即在一定阈值范围内，腐植酸的加入可能会促进土壤中氮的硝化和挥发以及磷向易溶态解析。试验中土壤全氮随着腐植酸施用量的增加而增加，这个过程可能是因为腐植酸的加入提高土壤氮素含量，随着腐植酸施用量的增加，腐植酸对土壤中N释放的促进作用增加，以至于超过施用腐植酸对土壤养分的增加作用。对土壤磷和钾并没有表现出相同的现象，究其可能是因为腐植酸的添加量对养分的转化的影响存在差异，并且氮素在土壤中的释放方式更多，导致不同养分的表现不同[26]。